Малосурьмянистые аккумуляторы: Малосурьмянистые акб, Sb-Sb

Если ваш аккумулятор исправно служит уже много лет или, что хуже, уже практически не служит, то наступило волшебное время – зима – сезон белых мух и замены старых батарей на новые. В помощь автовладельцам выясняем какие существуют автомобильные аккумуляторы и где у них «плюс» и «минус».

 Аккумуляторные магазины и отделы, особенно торгующие через интернет, почему-то не любят указывать в описании какого батарея типа, хотя эти данные указаны на каждом источнике. И, на самом деле, от того из чего и как сделаны аккумуляторы в первую очередь и зависят их рабочие качества. 

Кислотные батареи

Свинцово-кислотные батареи, по-прежнему, самый распространенный и доступный вид аккумуляторов. Внедряя новые технологии и материалы, производители периодически выводят на рынок все новые и новые типы: «Ca/Ca», «Ca+», гелевые, AGM и т. п. Но основные компоненты традиционны: решетки-электроды из свинца с добавками и электролит в жидком (свободный раствор серной кислоты) или гелеобразном состоянии.

Обслуживаемые сурьмянистые аккумуляторы

Уходящий вид, который на современные автомобили уже не устанавливают. Но такие батареи встречаются на стационарных установках, где требуется неприхотливость. Носят такое трудновыговариваемое название из-за сурьмы, добавляемой в свинцовые пластины для прочности. Как раз сурьма, провоцирующая во время электролиза бурное выделение кислорода и водорода, делает такие аккумуляторы требующими периодического пополнения электролита (доливания дистиллированной воды).

Самый главный плюс – низкая цена. Еще они хорошо переносят глубокие разряды и прощают нестабильность работы электрооборудования автомобиля. Минусы: большой саморазряд во время хранения, выкипание электролита, ведущее к осыпанию пластин и опасность для здоровья из-за использования серной кислоты и необходимости вентиляции.

Условно необслуживаемые малосурьмянистые аккумуляторы

Современный бюджетный тип аккумуляторов. Более распространенное и благозвучное, хотя и неправильное, название – необслуживаемые АКБ. Сурьмы в них мало и выкипание электролита незначительно. Но все же есть. Поэтому следить за уровнем кислоты надо. Хоть и редко.
Отличительный признак – наличие пробок в вентиляционных отверстиях на крышке.

Плюсы и минусы такие же как и у сурьмянистых батарей: невосприимчивость к перепаду напряжения бортовой сети, восстанавливаемость после глубоких разрядов, но необходимость следить за состоянием электролита во время эксплуатации и за уровнем заряда в период хранения.

Необслуживаемые кальциевые аккумуляторы

Батареи, штатно устанавливаемые на большинство иномарок. Стандартная маркировка «Ca/Ca», что обозначает, что пластины вместо сурьмы содержат кальций. Этот тип автомобильных аккумуляторов действительно является необслуживаемым в полном смысле этого понятия. Поставил батарею в машину и забыл.

Положительные качества: очень низкий саморазряд при длительном хранении и высокое напряжение электролиза. То есть батарею трудно перезарядить. Из минусов – не выносит бросков напряжения в бортовой сети и не любит глубоких разрядов. Уже после третьего емкость может значительно упасть и батарея перестанет нормально работать. Поэтому рекомендуется к установке только на автомобили с качественной и полностью исправной электрикой.

Гибридные аккумуляторы

Лучшее соотношение цена/качество/неприхотливость. Обозначение «Ca+». Удачная попытка совместить положительные качества малосурьмянистых и кальциевых батарей. Обычно плюсовая пластина в них с небольшим количеством сурьмы, а минусовая свинцово-кальциевая, либо с добавлением серебра (Ag). При низком уровне электролита может потребоваться доливка дистиллированной воды.
Плюсы и минусы этого типа аккумуляторов по чувствительности к перезарядам, саморазряду и цене как раз посередине между двумя предыдущими типами. Хорошо работают на морозе.

Гелевые и AGM аккумуляторы

У гелевых батарей кислота находится не в классическом жидком состоянии, а в виде геля, что и определяет название. Если же в маркировке есть буквы AGM Absorbent Glass Mat (абсорбирующее стекловолокно), то это означает, что расстояние между пластинами дополнительно укреплено пористым изолятором, делающим батареи прочнее и устойчивее к перегрузкам.

Гелевые аккумуляторы в работе очень стабильны и выдают полный ток вплоть до полного разряда. Но заряжаются меньшим током и дольше. Ускоренный заряд совсем недопустим. Также этот тип чувствителен к низким температурам. Чем холоднее, тем электропроводность геля хуже и выдаваемый ток ниже.

Щелочные аккумуляторы. Никель-кадмиевые и никель-железные

Из-за больших размеров используются в основном на грузовиках и спецтехнике. В батареях этого типа в качестве электролита используется щелочь – раствор едкого калия (KOH). По сравнению с кислотными АКБ у щелочных аккумуляторов есть несколько существенных преимуществ. Они накапливают больше энергии на единицу массы, значительно лучше работают при низких температурах, легче переносят перезаряд и во время реакции электролит не выкипает, а значит, не выделяет вредные вещества.

Но при всех преимуществах у щелочных батарей выдаваемое напряжение «на одну банку» ниже, чем у кислотных и требуется объединять больше «банок» и увеличивать вес аккумулятора. Автомобильные щелочные АКБ используются в основном на грузовиках и спецтехнике.
Отличие никель-кадмиевых и никель-железных типов батарей только в устройстве. Положительные пластины у обоих покрыты гидроксооксидом никеля NiO(OH), а вот отрицательные пластины разные. У первых из смеси кадмия и железа, а у вторых из чистого металла.

Литий-ионные аккумуляторы

Свое название получили от первых батарей, у которых отрицательные пластины были из металлического лития. Однако с развитием технологий стал использоваться графит, а для положительных пластин ферро-фосфаты. Первоначально электролитом служил раствор соли лития (гексафторфосфида лития) в органическом растворителе. Сейчас чаще используется полимерный электролит.

Самое важное преимущество литий-ионных аккумуляторов – это вдвое большее напряжение, выдаваемое одной «банкой» — 4 вольта. У кислотной АКБ – 2 вольта. Как следствие меньший размер и вес. Еще в плюсах низкий саморазряд и высокая удельная емкость.
Однако использовать литий-ионные аккумуляторы в качестве стартерных на автомобилях стали совсем недавно, когда смогли увеличить количеством циклов заряда-разряда и научить этот тип батарей работать при низких температурах.

Например, пусковой литий-фосфат-железный (LiFePO4) аккумулятор SB12V25P-SC фирмы «Super B», разработанный для гоночных автомобилей с объемом двигателя до 6 литров. Полностью заряжается за 15 минут, обеспечивает от 2000 до 4000 циклов заряда / разряда, на 30% меньше и на 80% легче свинцово-кислотной батареи такой же емкости и работает в диапазоне температур от -30 ° C до + 60 ° С.

Текст: Алесей Игнаткович, Фото с сайтов производителей.

Комментарии для сайта Cackle

Необслуживаемые аккумуляторы: Жидкостные, Гелевые и AGM

Такие аккумуляторы бывают различных типов: Жидкостные, Гелевые и AGM. Начнем с того, что это все кислотные аккумуляторы и принцип их работы не отличается от друг от друга.

12-ти вольтовый Аккумулятор состоит из шести ячеек, в которых находятся электродные блоки, состоящие из пластин (решеток) положительных и отрицательных с нанесенной на них активной массой и разделенных между собой сепаратором, все это залито электролитом. Процесс образования (выработка) электричества происходит при химическом взаимодействии между активной массой, нанесенной на решетки и электролитом.

Основное принципиальное отличие Обычных жидкостных, Гелевых (GEL) и VRLA или SLA созданных по AGM технологии батарей заключается в физическом состоянии электролита:

• Обычные аккумуляторы имеют — жидкий электролит.
• Гелевые (GEL) — загущенный электролит до нетекучего состояния с помощью специальных присадок.
• VRLA или SLA, произведенные по AGM технологии — электролит абсорбирован (впитан) в сепаратор.

Решетки электродов, удерживающие активную массу, легируют сурьмой и мышьяком. Добавки улучшают технологичность литья, повышают твердость и коррозионную стойкость электродов. В то же время сурьма способствует повышенному расходу воды и снижению ЭДС батареи в процессе эксплуатации.

Дальнейшее развитие привело к снижению доли сурьмы в составе сплава, из которого льют решетки. Это привело к появлению малообслуживаемых аккумуляторов (малосурьмянистые технологии), так же увеличился срок службы батареи. Затем из отрицательных пластин сурьму вытеснил кальций. Появились «Гибридные» аккумуляторы стали требовать долива еще реже.

Применение кальция в положительных и отрицательных пластинах (кальциевые технологии) привело к появлению батарей, теоретически не требующих долива на протяжении всего срока эксплуатации. Однако такие батареи выходят из строя от глубоких разрядов. Чтобы повысить стойкость, в свинцово-кальциевый сплав положительных пластин стали добавлять серебро. Применение лабиринтных крышек и пробок, конденсирующих остатки испарения воды и возвращающих ее обратно в аккумулятор, привело к появлению полностью необслуживаемых батарей в течение всего срока их жизни.

Гелевые аккумуляторы появились с началом освоения космоса. Гель, получающийся в результате добавления в серную кислоту двуокиси кремния, позволяет добиться полной герметичности батареи, так как все газовыделение происходит внутри пор в массе геля. Таким батареям нет равных по стойкости к глубоким разрядам, они намного долговечнее традиционных. Но распространения у автомобилистов гелевые аккумуляторы не получили по причине очень высоких требований к бортовому электрооборудованию и из-за резкого падения пускового тока на холоде.

Наиболее современная технология (AGM) вновь вернулась к жидкой кислоте, но теперь электролит удерживается в порах сепаратора из ультратонких стеклянных волокон. Такая конструкция позволяет не только герметизировать корпус, но и сохранить работоспособность батареи даже в случае повреждений наружной оболочки. AGM-батареи нечувствительны к колебаниям температуры, очень стойки к глубоким разрядам, долговечны, виброустойчивы и могут работать хоть лежа на боку, но боятся перезаряда.

ОСОБЕННОСТИ ГЕЛЕВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

Гелевый электролит заполняет пространство между пластинами аккумулятора, но сепаратор не исключается. Рекомбинация газов в гелевых аккумуляторах имеет эффективность до 97%. Гель эффективнее фиксирует материал пластин, снижая их износ в режимах глубоких разрядов, поэтому циклический ресурс гелевых аккумуляторов в 2-3 раза выше, чем у обычных, поэтому их целесообразно применять в тех случаях, где такое применение (циклический режим с глубоким разрядом) востребовано. Гелевые аккумуляторы также могут эксплуатироваться в любом положении (кроме перевернутого), имеют несколько меньший саморазряд, поэтому гелевые аккумуляторы предпочтительно использовать в тех режимах, где разряд производится малым током на протяжении длительного времени.

В гелевом электролите ионы имеют худшие показатели подвижности (в силу большей плотности среды), что отрицательно сказывается на динамических разрядных и зарядных характеристиках гелевых аккумуляторов. Более того, может наблюдаться временный провал в напряжении при резком увеличение нагрузки, что может приводить к неадекватному поведению оборудования; поэтому следует с осторожностью применять гелевые аккумуляторы в системах управления током и т. п. устройствах с коммутацией быстроизменяющихся токов. Гелевые батареи очень чувствительны к качеству зарядки аккумуляторы с гелем внутри можно применять лишь там, где бортовая электрика позволяет очень точно поддерживать режим заряда. Куда там, на отечественных автомобилях даже с исправным реле-регулятором напряжение «гуляет» с 13 до 16 вольт! Да и на большинстве иномарок немногим лучше. А уж если реле-регулятор из строя выйдет, то гелевый аккумулятор можно сразу выбрасывать. Не зря же на нем написано: напряжение заряда не более 14,4 В. Если больше, то гель тает как холодец в тепле и обратно уже не восстанавливается. И вот еще что: у настоящих гелевых батарей, конечно, может быть огромный ток, но только летом. Гель и так вязкий, а на морозе он совсем застывает. В результате характеристики падают наполовину и больше.

Зарядка гелевых аккумуляторов ограничивается очень малыми токами, в противном случае возникает опасность «вспучивания» геля избыточными газами из-за меньшей эффективности рекомбинации и ограниченной теплопроводности. Гелевые аккумуляторы предпочтительней питать от зарядных устройств с высоким качеством напряжения (стабильность, минимум пульсаций) во избежание перезаряда и перегрева, они не переносят даже кратковременных коротких замыканий — любое КЗ (например, при установке аккумулятора Вы случайно замкнули на долю секунды два полюса металлическим гаечным ключом) моментально выводит аккумулятор из строя.

Высокие вибрации приводят к разжижению геля и стеканию его с пластин. Как видим, гелевые аккумуляторы «лушче» (если так можно сказать), только в плане повышенного циклического ресурса и меньшего % саморазряда. К тому же такой тип батарей самый дорогой.

СВИНЦОВО—КИСЛОТНЫЕ, ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЕ, КЛАПАННО-РЕКОМБИНАЦИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ (VRLA или SLA)

• VRLA (Valve Regulated Lead Acid) в переводе с английского — Клапанно-Регулируемые Свинцово-Кислотные;
• SLA (Sealed Lead Acid) — Герметизированные Свинцово-Кислотные;
• AGM (Absorbent Glass Mat) — это технология изготовления свинцово-кислотных аккумуляторов, созданная инженерами Gates Rubber Company в начале 1970-х годов. Пористый сорбент из стекловолокна (AGM) — впитывающий сепаратор, использующийся между пластинами в VRLA-батарее.

Особенность аккумуляторов типа VRLA — отсутствие необходимости долива воды в течение всего срока службы и практически полное отсутствие выделения газов (водорода и кислорода) — продуктов электролиза воды, входящей в состав электролита. Поэтому их нередко называют герметизированными необслуживаемыми. Незначительное обслуживание, тем не менее, необходимо: прежде всего, визуальный осмотр, протирание от пыли, подтяжка соединений и контроль напряжений.

Благодаря особенностям конструкции и составу материалов пластин, сепараторов и электролита продукты электролиза воды — молекулы водорода и кислорода — в аккумуляторах данного типа рекомбинируют, превращаясь в молекулы воды и возвращаясь в состав электролита.

Коэффициент рекомбинации при нормальных условиях эксплуатации достаточно высок и может достигать >99 %. Поэтому лишь очень незначительная часть непрорекомбинировавших газов накапливается внутри корпуса аккумулятора и затем при превышении заданного уровня давления стравливается в атмосферу через специальные клапаны.

Преимущества:

• Устойчивость к вибрации, возможность установки в любом положении и в отсутствии необходимости обслуживать, высокий пусковой ток.
• Конструкция не требующая обслуживания.
• Конструкция герметична и имеет клапанную регулировку, предотвращает утечку кислоты и коррозию клемм.
• Более безопасная работа: при правильной зарядке батарей исключается возможность выделения газов и опасность взрыва.
• Герметичная конструкция позволяет устанавливать батарею почти в любом положении (однако установка вверх дном не рекомендуется).
• Уверенная работа при низких температурах (ниже − 40*С), низкий саморазряд (всего на 15 — 20% за год простоя), полная необслуживаемость и долгий, до 12 — 15 лет, срок службы.
• Повышенная виброустойчивость увеличивает срок службы.
• Они обеспечивают число полных (70%) циклов разряда около 500 раз.

Недостатки:

• Не должны храниться в разряженном состоянии, напряжение не должно упасть ниже 10,8 В. Крайне чувствительны к превышению напряжения заряда.
  Для заряда батарей изготовленных по технологии AGM, желательно использовать специальное зарядное устройство с соответствующими параметрами заряда, отличными от заряда классических аккумуляторов с жидким электролитом. AGM-батареи не такие «капризные» как гелевые, но тоже требуют внимания к состоянию генератора и реле-регулятора. Дело в том, что в аккумуляторах этого типа конструктивно очень мало электролита, и если он выкипит, то долить невозможно.
• Высокая цена.

Аккумуляторы, производимые с использованием технологии AGM, изготавливаются в спиральной или плоской конфигурации. Спиральные элементы обладают большей площадью поверхностного контакта, что даёт возможность кратковременно выдавать большие токи и быстрее заряжаться. Однако обратной стороной является уменьшение удельной ёмкости аккумулятора (соотношение электрической ёмкости и размеров) по сравнению с плоской конфигурацией. Обе технологии являются перспективными. В настоящий момент наиболее распространены автомобильные аккумуляторы AGM с плоской конфигурацией блоков. Спиральные блоки SpiraCell запатентованы компанией Johnson Controls для серии Optima и не могут использоваться без её разрешения, в отличие от плоских блоков. У спиральных батарей выше характеристики токоотдачи и меньшее внутреннее сопротивление из-за большей рабочей поверхности пластин при тех же внешних габаритах батареи. Простым языком говоря, они мощнее.

Свинцовые аккумуляторы со связанным электролитом, изготовленные по технологии AGM, появились около 40 лет назад — их изобрели для работы в буферном режиме в стационарных системах бесперебойного электроснабжения. Такие батареи хороши с точки зрения безопасности, поскольку практически не выделяют в атмосферу образующиеся при зарядке газы. В 90-х годах прошлого века технология AGM прижилась в автоспорте. Во-первых, вновь из-за безопасности — теперь уже благодаря полностью герметичному корпусу аккумулятора, исключающему вытекание электролита при аварии. А во-вторых, из-за компактности — благодаря малому сопротивлению не изолирующих, а пропитанных электролитом сепараторов большой пусковой ток они выдают при меньшей емкости, то есть с меньшим количеством пластин в пакете. На обычных автомобилях AGM-аккумуляторы появились больше десяти лет назад. В настоящий момент автомобильные стартерные батареи AGM используются в качестве источника питания системы «Старт-Стоп», которой оснащается ряд моделей автомобилей ведущих производителей из-за возможности быстро и отдавать, и принимать большое количество энергии, способности безболезненно выдерживать глубокие разряды (при периодических разрядах больше 50% АGМ — батарея прослужит вчетверо дольше обычной) и не деградировать при частых циклах разрядов-зарядов. Ведь стекловолоконные маты вдобавок ко всему механически удерживают активную массу на пластинах, не давая ей осыпаться. Именно поэтому на машинах с системой «Старт-Стоп» подобный аккумулятор способен проработать четыре-пять лет, а не два-три года, как обычный «жидкий».

Ещё почитать:

Гель или AGM?
Аккумуляторы GEL, AGM и особенности их обслуживания

Akym » Особенности, плюсы и минусы малосурьмянистых акб

Одними из наиболее известных и популярных автомобильных аккумуляторов в Украине являются малосурьмянистые акб. Они отличаются очень доступной ценой, поэтому их могут приобрести все желающие. Такие батареи устанавливают на легковой и грузовой транспорт. Они хорошо работают в нашей климатической зоне, при правильном уходе служат много лет.

Что нужно знать про малосурьмянистые акб

Они пришли на смену устаревшим сурьмянистым батареям, которые очень страдали от электролиза воды. После уменьшения сурьмы до 5% удалось избавиться от такой проблемы. Сама же сурьма играет важную роль: она повышает прочность свинцовых пластин, что продлевает время работы аккумулятора. Также у малосурьмянистых батарей меньшая степень саморазряда по сравнению с обычными сурьмянистыми моделями.

Главные достоинства малосурьмянистых батарей

Украинские автовладельцы очень ценят аккумулятора такого типа по ряду причин:

1) Доступная стоимость. Цена на малосурьмянистые батареи в несколько раз ниже по сравнению с кальциевыми, гибридными или гелиевыми акб. Их могут себе позволить купить все автовладельцы.

2) Неприхотливость в обслуживание. За малосурьмянистыми акб довольно просто ухаживать. Нужно только контролировать уровень электролита, доливать дистиллированную воду и своевременно подзаряжать батарею.

3) Стойкость к перепадам напряжения. Особенно часто они возникают в автомобилях отечественного производства. Именно поэтому малосурьмянистые батареи являются для них выбором №1.

4) Простота зарядки. Их можно подзаряжать любыми типами зарядных устройств, даже если у них нестабильный ток. По этому показателю они намного превосходят кальциевые и гелиевые батареи.

Какие недостатки есть

У малосурьмянистых аккумуляторов их немало. Они довольно быстро разряжаются даже при простое. Зимой старый малосурьмянистых аккумулятор может полностью разрядится буквально за одну ночь. Это приводит к тому, что автовладельцу нужно иметь в своем арсенале пуско-зарядное устройство. Еще одним минусом акб такого типа является потребность в обслуживание. Это не очень удобно для занятых людей и водителей с небольшим опытом. Малосурьмянистые батареи не обладают герметичным корпусом, поэтому выделяют токсические вещества. Они боятся вибраций, их нельзя использовать для езды по бездорожью. Срок службы даже самых качественных малосурьмянистых батарей не более 5 лет.

Сурьмянистые и малосурьмянистые АКБ

Сегодня производители предлагают различные авто аккумуляторы. Они находят широкое применение и позволяют пользоваться всеми возможностями машины. Аккумулятор лучше подбирать с учетом конкретной модели автомобиля. Есть устройства, которые больше подходят для отечественных машин, другие – для иномарок.

Одним из видов АКБ являются сурьмянистые и малосурьмянистые аккумуляторы. Эти устройства уже успели отжить свое. Сурьмянистые АКБ – устаревший тип изделий. Они отличаются наличием более 5% сурьмы в свинцовых пластинах. Этот материал отвечает за прочность. Чистый свинец является достаточно мягким. Чтобы сделать его прочным, производители используют различные добавки. Сегодня автовладельцы предпочитают использовать АКБ с меньшим содержанием сурьмы, который становится причиной резкого увеличения электролиза. В результате начинает выделяться кислород и водород, что свидетельствует уже о закипании электролита. Если батарея из-за этого взрывается, то водителю нужно купить аккумулятор авто для замены. Особенно часто подобное происходит во время сильной летней жары.

В сурьмянистых АКБ часто понижается уровень электролита, что приводит к оголению пластин. Чтобы этого избежать, владельцу автомобиля приходилось периодически доливать дистиллированную воду. Сурьмянистые АКБ относят к обслуживаемым видам аккумуляторов. Такие батареи практически не применяются в качестве стартерных. Производители предлагают более современные виды устройства. Но иногда в продаже появляются и сурьмянистые виды изделий. Обязательно стоит купить автомобильные аккумуляторы в Славянске этого типа в том случае, если автомобиль очень старый и плохо работает.

Чтобы уменьшить интенсивность испарения воды, производители стали уменьшать количество сурьмы. Так появились малосурьмянистые виды АКБ. В них АКБ содержится менее 5%. В таких устройствах уже не приходится так часто доливать дистиллированную воду. Но все равно эти виды изделий нуждаются в определенном обслуживании. В таких АКБ периодически тоже необходимо добавлять дистиллированную воду.

Малосурьмянистые АКБ отличаются некоторыми преимуществами. Их можно назвать терпимыми к электрическим параметрам самой бортовой сети машины. Например, если в автомобиле происходит перепад напряжения, параметры батареи не страдают. Такого не наблюдаются в других видах АКБ. Малосурьмянистые аккумуляторы – идеальное решение для легковых авто отечественного производства. Именно в таких машинах сложно добиться стабильного напряжения. Такие виды АКБ отличаются доступной стоимостью, простотой в эксплуатации. Но они требуют достаточного расхода воды, что относится к недостатку. Этот вид устройства может подвергаться саморазряду, что нужно учитывать во время эксплуатации.

Что нужно сделать, чтобы машина даже зимой заводилась с пол-оборота

Когда вы садитесь в ваш автомобиль ранним утром, включаете зажигание, а двигатель не заводится, у кого угодно испортится настроение. Главным виновником, как правило, выступает аккумулятор, который вовсе не обязательно старый или поврежденный. Так что же делать, чтобы исключить такие ситуации?

Когда машина стала регулярно заводиться не с первого раза, это повод задуматься о причинах. Помимо неисправного бензонасоса и отходивших свое свечей такую симптоматику наиболее часто выдает проблемный аккумулятор.

Что может быть с ним не так? Самая частая причина, конечно же, возраст батареи. Современные устройства служат беспроблемно в среднем пять лет. Однако иногда «вылетают» уже через два-три года эксплуатации, а иногда держатся и с десяток лет. На продолжительность жизни аккумулятора влияет целый ряд факторов и прежде всего качество батареи, характер езды, наличие или отсутствие утечек тока.

Качество батареи

При выборе аккумулятора обращайте внимание на победителей рейтингов профильных автомобильных изданий и, соответственно, обходите стороной аутсайдеров таких хит-парадов, а также аккумуляторы «ноунейм», название которых не на слуху.

С другой стороны, понятно, что чем более именитый бренд, тем выше цена на продукт. Так что логично выбирать «золотую середину» — оптимальный вариант по соотношению цена-качество. Кроме того, смотрите на дату выпуска устройства. Аккумулятор, залежавшийся на полке, основательно разрядился и подрастерял заявленный ресурс.

Какие модели лучше

При покупке обходите стороной обслуживаемые малосурьмянистые аккумуляторы (АКБ этого типа содержат в составе свинцовых пластин примерно 5% сурьмы и служат, как правило, не более трех лет).

Делайте выбор в пользу кальциевых, гелевых, гибридных (положительный электрод — из малосурьмянистого сплава, отрицательный — с использованием кальция) или AGM (свинцово-кислотных) моделей.

Что касается емкости, автомобилям с дизельными моторами нужны более емкие батареи. Скажем, если бензиновым двигателям объемом 1,5 л оптимально подойдет батарея на 50-55 Ач, то дизельным требуется АКБ уже на 65 Ач. Понятно также, что аккумулятор меньшей емкости, чем указано в мануале, послужит недолго, и с зимним пуском наверняка будут проблемы.

Правильная эксплуатация

Батарея может плохо держать прежде всего из-за повышенной нагрузки. К примеру, если вы ежедневно стоите в глухих пробках, зарядка батареи на холостых оборотах практически не осуществляется, поскольку генератор не способен в таком режиме обеспечить достаточный уровень напряжения.

Если же вы еще и задействуете весь арсенал бортовой электроники (фары, навигацию, акустику, зарядки, подогревы сидений, зеркал, стекол и «лобовухи»), то при таком раскладе заряд высадится еще быстрее.

Хорошо если после таких простоев вы проедете какое то время в бодром темпе, чтобы генератор хотя бы частично восстановил емкость батареи. А именно — в теплую погоду заряд аккумулятора восстановится почти полностью после 30-60 мин езды на средних и высоких оборотах. Зимой же процесс заряда АКБ от генератора (на ходу) может занять уже более 1-2 часов. А теперь представьте, что после заторов вы не начали активную езду, а наоборот, поставили машину в гараж, а того хуже — на морозную улицу, да еще и с включенной сигнализацией. При таком раскладе шанс, что батарея высадится в «ноль», весьма велик.

Следить за состоянием батареи

Ответственный водитель будет открывать капот не только для того, чтобы долить омывайку, но и как минимум следить за состоянием батареи.

Основное внимание следует уделить клеммам аккумулятора. Они должны быть чистыми. В противном случае их следует прочистить шкуркой или щеткой, смоченной раствором соды.

Следует также хотя бы раз в пару месяцев подтягивать клеммы аккумулятора, чтобы не потерять соединение — это напрямую влияет на эффективность заряда батареи.

Кроме того, если аккумулятор обслуживаемый, проверяем уровень электролита и при необходимости доливаем дистиллированную воду. Если же батарея необслуживаемая, просто следим за исправностью электрооборудования. Но и необслуживаемый аккумулятор имеет существенный минус. Если разрядить его «в ноль», после зарядки он потеряет значительную часть своей мощности.

Не экспериментируйте с электрикой

Не злоупотребляйте «прикуриванием». Во-первых, современная электроника крайне чувствительна к перепадам и превышениям напряжения.

Во-вторых, если вы подзаряжаете автомобиль, батарея которого мощнее вашей, и если подзаряжаемый — с дизельным мотором, то шанс потерять почти весь заряд своей батареи очень велик.

Рекомендуем также проводить любые вмешательства в электросхему автомобиля только у «официалов». Конечно, соблазн сэкономить велик. Но если «спецы» со стороны подключат магнитолу, сигнализацию или другие потребители неправильно, это чревато утечкой тока и как следствие — глубоким разрядом батареи.

Профилактические меры

При запуске двигателя не крутите стартер подолгу. При таком раскладе аккумулятор отдает неоправданно много энергии.

Возьмите за правило крутить стартер не более пяти секунд. Если же это время увеличивается до 10 секунд, повышается вероятность, что перегреются обмотки и износятся щетки и коллектор якоря стартера. Прежде чем устанавливать новую батарею, поставьте ее на зарядку.

Преимущественно в зимний период, а лучше регулярно, раз в пару месяцев заряжайте аккумулятор дома или в гараже с помощью зарядного устройства. Также время от времени проверяйте мультиметром напряжение в бортовой сети. При работающем моторе напряжение должно быть примерно 14,0-14,4 В.  При неработающем, повторимся, 12,5-12,8 В.

Между тем зачастую АКБ выдает на неработающем моторе 12,2 — 12,4В. Что же касается собственно езды, старайтесь избегать как экстремально коротких, так и длительных поездок. В первом случае АКБ потратит больше энергии, чем успеет восполнить, а во втором — батарея будет постоянно заряжаться, соответственно, резко снижаться ее ресурс.

Советы по выбору аккумуляторной батареи. Автоклад на канале 1+1

30.01.2015

У нас в офисе 20.01.15 проходили съемки канала 1+1. Темой передачи было «Советы по выбору аккумуляторной батареи».

Видео: Советы по выбору аккумуляторной батареи

Полный текст статьи

Вопрос выбора аккумуляторной батареи рано или поздно встает перед каждым владельцем транспортного средства. В разгар зимы наиболее ярко проявляется работоспособность АКБ, ведь  в холодное время года они  подвергаются наибольшей нагрузке и некачественные модели выходят из строя. Чтобы сделать правильный выбор, давайте разберемя на что обратить внимание при выборе и покупке новой аккумуляторной батареи.

Итак, аккумуляторные батареи можно разделить на несколько типов: малосурьмянистые, кальциевые, гибридные и гелиевые — созданные по технологии AGM или EFB.
Батареи разных видов отличаются, прежде всего, по следующим параметрам. Во-первых, это подверженность саморазряду и выкипание воды из раствора электролита. А во-вторых, – возможность подзарядки АКБ с помощью глубоких разрядов.

Малосурьмянистые аккумуляторные батареи
Аккумуляторы данного типа производятся с использованием свинцово-сурьмянистого сплава, они наиболее подвержены саморазряду и выкипанию воды из раствора электролита, но абсолютно нетребовательны к перепадам напряжения бортовой электросети, не боятся глубоких разрядов, их легко зарядить. Малосурьмянистые аккумуляторные батареи считают малообслуживаемыми, уровень электолита у них постепенно будет уменьшаться, поэтому доливать дистилированную воду все же необходимо несколько раз в год. Такие аккумуляторы подойдут для подержанных автомобилей с небольшим електропотреблением.

Кальциевые аккумуляторные батареи
С точностью до наоборот обстоит дело с кальциевыми батареями. Подверженность саморазряду у них на 70% ниже, чем у малосурьмянистых, а выкипание минимально. Но если такой аккумулятор разрядится до критического значения, то зарядить его будет проблематично – после трех-четырех глубоких разрядов батарею будет не восстановить.
Зачастую кальциевые аккумуляторы устанавливают на иномарки среднего диапазона с качественным электрооборудованием.

Кальциевые аккумуляторные батареи с добавлением серебра
Кальциевые батареи с добавлением серебра в сплав — наиболее универсальное и надежное решение. Здесь и высокий пусковой ток, и устойчивость к глубокому разряду и перезаряду, и необслуживаемость. Цена естественно несколько выше, чем на кальциевые аналоги, но она в полной мере оправдана.

Гибридные аккумуляторные батареи
Гибридные батареи являются своего рода «золотой серединой».  Пластины электродов таких батарей выполнены по разным технологиям: положительные пластины – малосурьмянистые, отрицательные пластины — кальциевые. Такое совмещение дает возможность объединить положительные качества этих аккумуляторных батарей. Они довольно стойки к глубоким разрядам, при этом значительно меньше подвержены выкипанию и саморазряду по сравнению с малосурьмянистыми.
Аккумуляторы данного вида оптимально подойдут для подержаных иномарок со средним уровнем оснащенности электрооборудованием.

Гелевые и AGM аккумуляторные батареи
Гелевые и AGM аккумуляторные батареи содержат электролит в связанном, гелеобразном состоянии. Но у AGM аккумуляторов, помимо этого, между пластинами-электродами находится специальный пористый материал, дополнительно удерживающий электролит и защищающий электроды от осыпания.
Замечательная виброустойчивость — это отнюдь не единственный плюс гелевых аккумуляторов, благодаря фиксации геля в аккумуляторе, батарея не боится наклонов. Такие батареи обладают низкой скоростью саморазряда, что позволяет хранить их очень долго.
Гелевые АКБ идеально подойдут для техники, на которую классический аккумулятор устанавливать нельзя: морской, речной транспорт; мототехника; источники бесперебойного питания; иномарки премиум класса, оборудованые большим количеством мощных энергопотребителей, с системой старт-стоп.

Выбирая аккумуляторную батарею, важно помнить главное — аккумулятор должен подходить к Вашему транспортному средству по мощности, типу установки и габаритам. У каждого уважающего себя производителя имеются он-лайн сервисы и печатные издания для корректного подбора АКБ именно на Ваш автомобиль. Также можно выбрать новый аккумулятор, зная основные параметры и характеристики, которыми он должен обладать: пусковой ток (ток холодной прокрутки), электрическая емкость (ее еще называют номинальной емкостью),  габаритные размеры батареи, тип подключения клемм и полярность.

Пусковой ток
Пусковой ток (измеряется в амперах), это ток, подаваемый на стартер во время пуска. Чем больше сила тока, которая при запуске двигателя подается от аккумулятора на стартер, тем с большей силой осуществляется проворот мотора. Пусковая мощность аккумуляторной батареи характеризует максимальную выходную мощность, которую она выдает при температуре -18 градусов в течение 30-ти секунд. Этот параметр связан со способностью АКБ запускать холодный мотор. Поэтому его еще называют током холодной прокрутки.

Емкость батареи
Этот параметр также является очень важным при выборе аккумуляторной батареи. Он прямо связан с показателем количества электричества, которое отдает аккумуляторная батарея при разряде при длительной работе. Другими словами, он указывает на потенциальные возможности аккумулятора. Емкость обозначается в Ампер/часах и узнать этот показатель можно, внимательно прочитав паспорт к машине, где указаны все рекомендуемые параметры. Если же вы не можете этого сделать, то удобнее всего будет осмотреть старый АКБ.

Размер аккумулятора
При покупке обязательно обращайте внимание на размер аккумуляторной батареи, при этом, чтобы узнать какие параметры у вашего АКБ не обязательного его мерять линейкой, на нем должны быть указаны размеры в мм.

Производители и поставщики аккумуляторов
На Украинском рынке представлено просто огромное количество различных брендов АКБ, при этом существуют как качественные так и не очень. При покупке также важно избегать подделок, так как качество и заявленные параметры будут редко соответствовать действительности. Подделку легко определить по качеству корпуса, пробки, выводных клемм, отсутствию на них защитных колпачков, детальной маркировки и специального техпаспорта. Мы рекомендуем покупать только известные проверенные торговые марки аккумуляторов у официальных дилеров, ведь работоспособность АКБ напрямую зависит от сроков и условий хранения.
Требуйте у продавца  не только чек и гарантийный талон, но и проверку специальным оборудованием аккумулятора на жизнеспособность.

Если у Вас остались вопросы — менеджеры компании Автоклад будут рады на них ответить и помочь Вам с выбором и покупкой идеального аккумулятора для Вашего автомобиля!
Подбор автомобильных аккумуляторов по марке автомобиля на сайте Автоклад
 

Потери воды из необслуживаемых материалов по сравнению с сурьмой — сравнительное исследование JSTOR

Журнальная статья

Потеря воды из необслуживаемой сурьмы — сравнительное исследование

Д. Д. Хакарин

Сделки SAE

Издатель: SAE International

https: // www.jstor.org/stable/44648162

Копировать

Сравнение водоотдачи будет проводиться между кальциево-свинцовыми необслуживаемыми батареями, стандартными свинцовыми батареями с сурьмой и батареями с низким содержанием сурьмы при 80 ° F и повышенных температурах. Также будет проведено сравнение этих основных систем сплавов на различных этапах жизненного цикла SAE J240A. Также будут исследованы газовые характеристики трех систем при различных состояниях заряда.

SAE International — это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических специалистов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности. Основные направления деятельности SAE International — обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов. Благотворительным подразделением SAE International является SAE Foundation, который поддерживает множество программ, в том числе A World In Motion® и Collegiate Design Series.

× Закрыть оверлей

Закрыть просмотр

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, не требующие особого обслуживания, для накопления энергии (Журнальная статья)

Берроуз, Б. В., Суну, В. Г., и Дик, Б. Х. Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, не требующие особого ухода, для хранения энергии . США: Н. п., Интернет. DOI: 10,2514 / 3,62516.

Берроуз, Б. В., Суну, В. Г., и Дик, Б. Х. Свинцово-кислотные батареи, не требующие особого обслуживания, для хранения энергии . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2514/3.62516

Берроуз, Б. В., Суну, В. Г., и Дик, Б. Х.. «Свинцово-кислотные аккумуляторы, не требующие особого ухода, для хранения энергии» Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2514/3.62516.

@article {osti_5083103,
title = {Свинцово-кислотные батареи, не требующие особого обслуживания, для хранения энергии},
author = {Берроуз, Б. В. и Суну, В. Г. и Дик, Б. Н.},
abstractNote = {Разработана линейка свинцово-кислотных аккумуляторов, не требующих особого обслуживания, подходящих как для глубокого, так и для мелкого цикла. При ежедневном использовании глубокого цикла эти батареи нуждаются в добавлении воды каждые 100-125 циклов по сравнению с каждыми 5-10 циклами в случае обычных промышленных батарей. Низкие эксплуатационные расходы достигаются за счет использования сплава с положительной решеткой, который содержит только 1,5% Sb, в сочетании со сплавом с отрицательной решеткой, не содержащим Sb. Эта гибридная комбинация решетчатого сплава имеет все преимущества комбинации без сурьмы (низкое газообразование при перезарядке, стабильные характеристики газообразования в течение всего срока службы, отличное сохранение емкости на стенде открытого цикла) и ни одного из недостатков (низкое использование активного материала, относительно плохое производительность глубокого цикла).Обсуждаются особенности этой новой батареи, не требующей особого обслуживания, с упором на сплавы решетки и характеристики заряда. 7 исх.},
doi = {10.2514 / 3.62516},
url = {https://www.osti.gov/biblio/5083103}, journal = {Дж. Энергия; (США)},
number =,
объем = 5: 3,
place = {United States},
год = {},
месяц = ​​{}
}

Свинцово-кислотные батареи

— Morningstar Corporation

Свинцово-кислотный (PbSO4)

Типы:

• Затоплено
• Sealed или VRLA (свинцово-кислотный клапан с регулируемым клапаном)
  • AGM (Абсорбированный стеклянный мат)
  • Гель (гелеобразные электролиты)

Контроллеры Morningstar были разработаны для свинцово-кислотных аккумуляторов, которые были первой когда-либо созданной перезаряжаемой батареей и до сих пор остаются наиболее распространенными перезаряжаемыми батареями на рынке.Из-за низкой стоимости и высокого отношения мощности к массе свинцово-кислотные аккумуляторы остаются востребованными в качестве стартерных. Однако, поскольку они также имеют низкое соотношение энергии к весу и энергии к объему, их часто выбирают для стационарных приложений, а не для мобильных и портативных приложений, таких как электромобили или ручные инструменты. Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи должны и впредь широко использоваться для автономных солнечных батарей в ближайшие годы.

На рынке имеются две категории свинцово-кислотных аккумуляторов: герметичные и залитые.

Залитые батареи позволяют жидкости в форме водорода и кислорода улетучиваться во время зарядки и требуют большего обслуживания, чем герметичные батареи. Залитые батареи также могут быть чрезмерно заряжены с меньшим риском повреждения, чем герметичные батареи. Воспользовавшись этой особенностью, залитые батареи могут периодически получать чрезмерную зарядку, чтобы лучше «выровнять» элементы батареи, чтобы элементы, которые, возможно, не работали должным образом, могли быть полностью заряжены на регулярной основе.

Герметичные батареи являются синонимом VRLA, потому что обычно батарея герметична, но если зарядка или разрядка достаточно высока, давление будет повышаться, и клапан позволит газу выйти. AGM или гель предохраняют батареи от испарения, поэтому они не нуждаются в воде и поэтому также называются необслуживаемыми. Кроме того, AGM и гель удерживают электролит в смеси с водой, поэтому он не оседает на дно, что называется расслоением. Это устраняет необходимость в интенсивной уравнительной зарядке, которая помогает смешивать электролит с водой в залитых батареях.

И AGM, и гелевые батареи подходят для автономных приложений, где предпочтительнее несколько дней автономной работы, а скорость заряда, скорее всего, останется низкой. Вода внутри аккумулятора с меньшей вероятностью замерзнет, ​​поскольку она не отделяется от электролита, что означает, что герметичные аккумуляторы предпочтительнее при более низких температурах. Кроме того, гелевые батареи немного лучше приспособлены к более экстремальным температурам, как горячим, так и холодным, чем AGM.

Четырехступенчатая зарядка Morningstar:

Большинство контроллеров Morningstar MPPT и PWM используют 4-ступенчатый алгоритм зарядки аккумулятора для быстрой, эффективной и безопасной зарядки аккумулятора. На следующем графике показана последовательность этапов.

Morningstar 4-этапный алгоритм зарядки

Этап массовой загрузки

Во время массовой зарядки аккумулятор не заряжен на 100% и напряжение аккумулятора еще не достигло заданного значения напряжения поглощения. Контроллер будет поставлять 100% доступной солнечной энергии для подзарядки аккумулятора.

Ступень абсорбции

Когда батарея перезаряжается до уставки напряжения абсорбции, используется регулирование постоянного напряжения для поддержания напряжения батареи на уровне уставки абсорбции.Это предотвращает нагревание и чрезмерное выделение газов аккумуляторной батареи. Батареи позволяют полностью зарядиться при заданном значении напряжения абсорбции. Зеленый светодиод SOC будет мигать один раз в секунду во время зарядки абсорбцией.

Аккумуляторная батарея должна оставаться на стадии абсорбционной зарядки в течение 120–150 минут, в зависимости от типа батареи, прежде чем произойдет переход к стадии плавающей зарядки. Однако время абсорбции будет увеличено на 30 минут, если накануне ночью батарея разрядилась ниже 50 вольт.

Уставка абсорбции компенсируется по температуре, если имеется внутренний датчик температуры или подключен RTS.

Ступень с плавающей запятой

После полной зарядки аккумулятора на стадии абсорбции ProStar MPPT снижает напряжение аккумулятора до заданного значения плавающего напряжения. Когда аккумулятор полностью заряжен, химических реакций больше быть не может, и весь зарядный ток превращается в тепло и выделение газов. Поплавковая ступень обеспечивает очень низкую скорость поддерживающей зарядки, уменьшая нагрев и выделение газа полностью заряженной батареи.Назначение поплавка — защитить аккумулятор от длительного перезаряда. Зеленый светодиод SOC будет мигать каждые две (2) секунды во время плавающей зарядки.

Находясь в стадии плавающего режима, нагрузка может продолжать получать питание от батареи. В случае, если нагрузка (и) системы превысит ток заряда солнечной батареи, контроллер больше не сможет поддерживать батарею на заданном уровне плавающего режима. Если напряжение аккумулятора остается ниже уставки плавающего режима в течение кумулятивного 60-минутного периода, контроллер выйдет из этапа плавающего режима и вернется к массовой зарядке.

Уставка поплавка имеет температурную компенсацию, если имеется внутренний датчик температуры или подключен RTS.

Стадия выравнивания

Обратите внимание, что выравнивающая зарядка

Для некоторых типов батарей требуется периодическая ускоренная зарядка для перемешивания электролита, выравнивания напряжений в элементах и ​​завершения химических реакций. Уравнительный заряд повышает напряжение аккумулятора выше стандартного напряжения поглощения, так что электролит выделяется. Зеленый светодиод SOC будет быстро мигать два (2) раза в секунду во время выравнивающей зарядки.Продолжительность выравнивающего заряда определяется выбранным типом батареи для используемого контроллера. Время выравнивания определяется как время, проведенное в заданном значении выравнивания. Если зарядного тока недостаточно для достижения выравнивающего напряжения, выравнивание прекратится через определенный период времени, когда напряжение батареи будет выше уставки напряжения абсорбции. Это сделано для того, чтобы избежать чрезмерного выделения газов или нагрева батареи. Если батарее требуется больше времени для выравнивания, можно запросить выравнивание с помощью измерителя TriStar или кнопки, чтобы продолжить один или несколько дополнительных циклов выравнивания.

Уставка выравнивания имеет температурную компенсацию, если имеется внутренний датчик температуры или подключен RTS.

Зачем выравнивать? Регулярные циклы выравнивания часто жизненно важны для производительности и срока службы батареи, особенно в солнечной системе. Во время разряда аккумулятора серная кислота расходуется, и на пластинах образуются мягкие кристаллы сульфата свинца. Если аккумулятор остается в частично разряженном состоянии, мягкие кристаллы со временем превращаются в твердые. Этот процесс, называемый «сульфатированием свинца», со временем приводит к тому, что кристаллы становятся тверже и их труднее преобразовать обратно в мягкие активные материалы. Сульфатирование из-за хронической недозарядки батареи является основной причиной отказа батарей в солнечных системах. Помимо уменьшения емкости аккумулятора, накопление сульфатов является наиболее частой причиной коробления пластин и трещин на решетках. Аккумуляторы глубокого разряда особенно чувствительны к сульфированию свинца.

Нормальная зарядка аккумулятора может преобразовать сульфат обратно в мягкий активный материал, если аккумулятор полностью заряжен.Однако солнечная батарея редко полностью перезаряжается, поэтому мягкие кристаллы сульфата свинца со временем затвердевают. Только длительный контролируемый перезаряд или выравнивание при более высоком напряжении может обратить вспять затвердевание кристаллов сульфата.

Когда выравнивать? Идеальная частота выравнивания зависит от типа аккумулятора (свинцово-кальциевый, свинцово-сурьмянистый и т. Д.), Глубины разряда, возраста аккумулятора, температуры и других факторов. Одно очень широкое руководство — выравнивать уровень заряда батареи каждые 1-3 месяца или каждые 5-10 глубоких разрядов.Некоторым батареям, таким как группа L-16, потребуется более частая эквализация.

Разница между самым высоким и самым низким элементом в батарее также может указывать на необходимость выравнивания. Можно измерить удельный вес или напряжение ячейки. Производитель батареи может порекомендовать значения удельного веса или напряжения для вашей конкретной батареи.

Подготовка к выравниванию: Сначала убедитесь, что все нагрузки системы рассчитаны на выравнивающее напряжение.Учтите, что при 0 ° C (32 ° F) напряжение выравнивания достигнет 16,75 В для аккумуляторов L-16 с установленным датчиком температуры. Отключите любые нагрузки, которые могут быть повреждены из-за высокого входного напряжения.

Если используются гидрокапсулы, обязательно снимите их перед началом выравнивания. Замените Hydrocaps стандартными крышками аккумуляторных элементов. Гидравлические колпачки могут сильно нагреваться во время выравнивания. Кроме того, если используются Hydrocaps, выравнивание должно быть установлено только вручную (многие контроллеры имеют переключатель, который включает автоматическое или ручное выравнивание).

После завершения выравнивания добавьте дистиллированную воду в каждую ячейку, чтобы восполнить потери из-за газообразования. Убедитесь, что пластины батареи закрыты.

Уравнять герметичный аккумулятор? Некоторые контроллеры Morningstar включают заводские настройки герметичного аккумулятора с циклом выравнивания. Эти минимальные циклы «наддува» для выравнивания отдельных ячеек не являются уравнением и не выводят газ из герметичных батарей, требующих зарядки до 14,4 В (батарея 12 В). Многие аккумуляторы VRLA, включая AGM и гелевые, требуют зарядки до 14.4 В (аккумулятор 12 В). В зависимости от рекомендаций производителя аккумуляторов цикл «наддува» для герметичных ячеек также можно отключить с помощью переключателя настройки выравнивания в ручной режим, если это необходимо в некоторых контроллерах Morningstar. Также можно полностью отключить эквализацию с помощью контроллеров, которые имеют возможность программирования.

Пользовательские параметры программирования для свинцово-кислотных аккумуляторов

Контроллеры

Morningstar будут иметь до семи заводских предустановок, и многие из них могут быть запрограммированы пользователем.Обычно одна из семи предустановок TriStar, TriStar MPPT (150 В и 600 В) и ProStar MPPT отлично работает для конкретной свинцово-кислотной батареи. Некоторые производители батарей предоставляют уставки регулирования напряжения, которые близко соответствуют предустановкам Morningstar.

Температурная компенсация

Morningstar по умолчанию основана на -5 мВ / ° C на элемент или -30 мВ / ° C на батарею 12 В. Это общепринятая температурная компенсация в промышленности, но ее можно изменить, если она отличается от спецификаций производителя батареи.

Иногда мы получаем вопросы относительно напряжения стабилизации Morningstar, которое может быть немного выше, чем указано производителем батареи. Следует отметить, что в солнечных приложениях эти более высокие настройки Float работают лучше, так как батарея может поддерживать Float только в дневное время. Указанные производителем параметры плавающего режима ниже из-за ситуаций, когда аккумулятор будет находиться в течение нескольких дней или недель без разряда или выпадения из состояния плавающего режима.В таких ситуациях постоянного плавающего заряда или нулевого разряда лучше минимизировать капельный заряд. Резервная батарея — это одно из таких условий, когда режим продажи инвертора установлен ниже, чем у контроллера, но во время периодов резервного копирования будет действовать более высокая настройка Float контроллеров Morningstar, и все будет в порядке, поскольку батареи будут разряжаться ночью во время резервной ситуации.

Обычно аккумулятор, который разряжается сильнее, требует большей зарядки. Вот почему Morningstar включает в себя следующие настраиваемые программируемые параметры, которые могут увеличивать или уменьшать количество зарядки, получаемой аккумулятором.

• Увеличение абсорбции — увеличивает время абсорбции, если в предыдущий день напряжение батареи было низким.

• Отмена плавающего режима на полный день восстановления абсорбционного заряда при очень низком напряжении аккумулятора.

• Повышенное напряжение плавающего регулирования, поэтому аккумуляторы могут продолжать заряжаться с меньшей скоростью в течение дня.

• Выравнивание можно проводить чаще, если батареи будут разряжаться сильнее.

Установщики и конечные пользователи могут вносить небольшие изменения в зависимости от многих факторов, включая размер и тип аккумуляторной батареи, среднесуточные нагрузки, размер массива и температуру.Настройки Morningstar по умолчанию будут работать в большинстве ситуаций, но внесение небольших изменений может улучшить производительность многих систем. Вносить изменения не обязательно, но могут быть случаи, когда необходимо увеличить или уменьшить заряд батареи, и есть несколько способов сделать это с помощью пользовательских настроек.

Свинцово-кислотные батареи

Характеристики

Свинцово-кислотные батареи были изобретены в 1859 году Гастоном Планте и впервые продемонстрированы Французской академии наук в 1860 году.Они по-прежнему являются предпочтительной технологией для автомобильных приложений SLI (запуск, освещение и зажигание), поскольку они надежны, устойчивы к злоупотреблениям, испытаны и протестированы, а также из-за их низкой стоимости. Однако для более мощных приложений с периодическими нагрузками свинцово-кислотные батареи, как правило, слишком большие и тяжелые, они страдают от более короткого срока службы и типичной полезной мощности, которая снижается до 50% глубины разряда (DOD). Несмотря на эти недостатки, свинцово-кислотные батареи по-прежнему используются для приложений PowerNet (мощность 36 В, 2 кВтч) из-за их стоимости, но, вероятно, это предел их применимости, и никель-металл-гидридные и литий-ионные батареи все больше проникают на этот рынок. Для более высоких напряжений и циклических нагрузок исследуются другие технологии.

Свинцово-кислотные батареи состоят из катода из диоксида свинца, губчатого металлического свинцового анода и электролита из раствора серной кислоты. Этот элемент тяжелого металла делает их токсичными, и неправильная утилизация может быть опасной для окружающей среды.

Напряжение ячейки 2 Вольта

Выгрузка
Во время разряда диоксид свинца (положительная пластина) и свинец (отрицательная пластина) реагируют с электролитом серной кислоты с образованием сульфата свинца, воды и энергии.

Заряд
Во время зарядки цикл меняется на противоположный: сульфат свинца и вода электрохимически преобразуются в свинец, оксид свинца и серную кислоту с помощью внешнего источника электрического заряда.

Многие новые конкурентоспособные химические составы ячеек разрабатываются для удовлетворения требований автомобильной промышленности к приложениям EV и HEV.

Даже спустя 150 лет после изобретения свинцово-кислотные батареи все еще совершенствуются, и, несмотря на их недостатки и конкуренцию со стороны более новых химических элементов, свинцово-кислотные батареи по-прежнему удерживают львиную долю рынка мощных батарей.

Преимущества

Низкая стоимость.

Надежно. Более 140 лет разработки.

Надежный. Терпимый к злоупотреблениям.

Устойчив к перезарядке.

Низкое внутреннее сопротивление.

Может подавать очень высокие токи.

Неограниченный срок хранения при хранении без электролита.

Можно оставить на непрерывной или постоянной подзарядке в течение длительного времени.

Доступен широкий диапазон размеров и мощностей.

Многие поставщики по всему миру.

Самый переработанный продукт в мире.

Недостатки

Очень тяжелый и громоздкий.

Типичная кулоновская эффективность заряда составляет всего 70%, но может достигать 85–90% для специальных конструкций.

Опасность перегрева во время зарядки

Не подходит для быстрой зарядки

Типичный срок службы от 300 до 500 циклов.

Должен храниться в заряженном состоянии после введения электролита во избежание порчи активных химикатов.

Газообразование — это образование и выделение пузырьков водорода и кислорода из-за разложения воды в электролите во время процесса зарядки, особенно из-за чрезмерной зарядки, вызывающей потерю электролита.В больших аккумуляторных установках это может вызвать взрывоопасную атмосферу в аккумуляторной. Из-за потери электролита свинцово-кислотные аккумуляторы необходимо регулярно доливать водой. Однако герметичные батареи предназначены для удержания и рекомбинации этих газов. (См. VRLA ниже)

Сульфатирование может возникнуть, если аккумулятор хранится в течение длительных периодов времени в полностью разряженном состоянии или в состоянии очень низкого заряда, или если он никогда не заряжается полностью или если уровень электролита стал чрезмерно низким из-за чрезмерной потери воды из-за перезарядки и / или испарения. Сульфатирование — это увеличение внутреннего сопротивления батареи из-за образования крупных кристаллов сульфата свинца, которые не могут быстро превратиться обратно в свинец, диоксид свинца и серную кислоту во время перезарядки. В крайних случаях крупные кристаллы могут вызвать перекос и замыкание пластин. Иногда сульфатацию можно исправить очень медленной зарядкой (при слабом токе) при более высоком, чем обычно, напряжении.

Полная разрядка аккумулятора может нанести непоправимый ущерб.

Отслаивание или потеря материала с пластин может произойти из-за чрезмерной скорости заряда или чрезмерной цикличности. В результате на дне ячейки появляются куски свинца и дыры в пластинах, от которых нет лекарства. Это чаще встречается в батареях SLI, пластины которых состоят из свинцовой «губки», внешне похожей на очень мелкую поролоновую губку. Это дает очень большую площадь поверхности, позволяющую обрабатывать высокую мощность, но при глубоком цикле эта губка быстро израсходуется и упадет на дно ячеек.

Токсичные химические вещества

Очень тяжелый и громоздкий

Свинцово-кислотные аккумуляторы

могут работать до температур ниже -45 ° C, однако, как и у всех аккумуляторов, скорость разряда и эффективная емкость снижаются при низких температурах. В случае свинцово-кислотных аккумуляторов емкость падает примерно на 1% на градус при температурах ниже +20 ° C, так что при самых низких температурах мощность запуска серьезно снижается.

Разложение электролита Элементы с загущенным электролитом склонны к ухудшению качества электролита и неожиданному выходу из строя. Такие ячейки обычно используются для аварийных приложений, таких как резервное копирование ИБП в случае потери сетевого питания. Чтобы не быть застигнутым врасплох ненадежной батареей в аварийной ситуации, рекомендуется включить в батарею какую-либо форму регулярного самотестирования.

Зарядка

Зарядите сразу после использования.

Длится дольше при частичных разрядах.

Метод зарядки: постоянное напряжение с последующей подзарядкой.

Быстрая зарядка невозможна, но время зарядки можно сократить с помощью метода управления зарядкой V Taper.

Приложения

Автомобильные и тяговые приложения.

Резервное / резервное / аварийное питание для электрических установок.

Подводные лодки

ИБП (источники бесперебойного питания)

Освещение

Приложения с большим током утечки.

Герметичные батареи доступны для использования в портативном оборудовании.

Сетевой накопитель энергии

Стоимость

Низкая стоимость

Залитые свинцово-кислотные элементы — один из наименее дорогих источников питания от батарей.

Ячейки с глубоким циклом могут стоить в два раза дороже, чем эквивалентные ячейки с затоплением.

Разновидности свинцово-кислотных аккумуляторов

За прошедшие годы производители аккумуляторов ввели ряд добавок, таких как кальций, сурьма и селен, для улучшения различных параметров производительности аккумуляторов. По той же причине были разработаны различные конструкции элементов и батарей для оптимизации различных аспектов работы батарей.

Свинцово-кальциевые батареи

Свинцово-кислотные батареи с электродами, модифицированными добавлением кальция, обеспечивающие следующие преимущества:

• Более устойчива к коррозии, перезарядке, выделению газов, использованию воды и саморазряду, которые сокращают срок службы батареи.
• Увеличенная зона запаса электролита над пластинами.
• Более высокие характеристики усилителя холодного пуска.
• Небольшое обслуживание или его отсутствие.

Свинцово-сурьмяные батареи

Свинцово-кислотные батареи с электродами, модифицированными добавлением сурьмы, обеспечивающие следующие преимущества:

• Повышенная механическая прочность электродов — важна для электромобилей и глубокого разряда
• Снижены внутренние потери тепла и воды из-за выделения газа, однако потеря воды по-прежнему превышает эквивалентную потерю в свинцово-кальциевых батареях.
• Срок службы больше, чем у кальциевых батарей.
• Полностью разряженный аккумулятор легче заряжается.
• Более низкая стоимость.

Свинцово-сурьмянистые батареи имеют более высокую скорость саморазряда от 2% до 10% в неделю по сравнению с 1% до 5% в месяц для свинцово-кальциевых батарей.

Свинцово-кислотные батареи с клапаном регулирования (VRLA)
Также называются герметичными свинцово-кислотными ( SLA ) батареями.

Эта конструкция предназначена для предотвращения потерь электролита из-за испарения, утечки и выделения газов, что, в свою очередь, продлевает срок службы батареи и упрощает техническое обслуживание. Вместо простых вентиляционных колпачков на ячейках, позволяющих выходить газу, VRLA имеет напорные клапаны, которые открываются только в экстремальных условиях. Батареи с клапанным регулированием также нуждаются в электролитной конструкции, которая снижает газообразование, препятствуя выбросу в атмосферу кислорода и водорода, образующихся в результате гальванического действия батареи во время зарядки.Обычно это связано с катализатором, который заставляет водород и кислород рекомбинировать в воду, и называется рекомбинантной системой. Поскольку исключается проливание кислотного электролита, батареи также более безопасны.

Аккумулятор AGM со стеклянным ковриком

Также известен как Absorptive Glass Micro-Fiber

Используемый в батареях VRLA мат из стекловолокна силиката бора, который действует как разделитель между электродами и поглощает свободный электролит, действуя как губка.Его цель — способствовать рекомбинации водорода и кислорода, выделяемых в процессе зарядки. Никакого силикагеля не требуется. Мат из стекловолокна поглощает и удерживает кислоту в мате, но сохраняет ее в жидкой, а не гелевой форме. Таким образом, кислота становится более доступной для пластин, обеспечивая более быстрые реакции между кислотой и материалом пластины, обеспечивая более высокие скорости заряда / разряда, а также глубокие циклы.

Эта конструкция очень прочная и способна выдерживать сильные удары и вибрацию, а ячейки не протекают, даже если корпус треснет.

Аккумуляторы

AGM также иногда называют «нехваткой электролита» или «сухими», потому что стекловолокно только на 95% насыщено серной кислотой и в нем нет лишней жидкости.

Практически все аккумуляторы AGM имеют герметичный регулируемый клапан «VRLA».

AGM имеют очень низкую скорость саморазряда от 1% до 3% в месяц

Гелевый элемент

Это альтернативная рекомбинантная технология, которая также используется в батареях VRLA, чтобы способствовать рекомбинации газов, образующихся во время зарядки. Это также снижает вероятность разлива электролита. Склонен к повреждению, если допустить газообразование, поэтому скорость зарядки может быть ограничена. Их необходимо заряжать с меньшей скоростью (C / 20), чтобы избыток газа не повредил элементы. Их нельзя быстро зарядить с помощью обычного автомобильного зарядного устройства, иначе они могут выйти из строя.

Используется для ИБП.

SLI Батареи (пусковое освещение и зажигание)

Это типичный автомобильный аккумулятор.Автомобильные аккумуляторы предназначены для полной зарядки при запуске автомобиля; после запуска автомобиля потерянный заряд, обычно от 2% до 5% заряда, заменяется генератором, а аккумулятор остается полностью заряженным. Эти батареи не предназначены для разряда ниже 50% глубины разряда (DOD), и разряд ниже этих уровней может повредить пластины и сократить срок службы батареи.

Аккумуляторы глубокого разряда

Морское оборудование, багги для гольфа, вилочные погрузчики и электромобили используют батареи глубокого разряда, которые полностью разряжаются перед подзарядкой. Поскольку зарядка вызывает чрезмерное нагревание, которое может деформировать пластины, для глубоких циклов используются более толстые и прочные или сплошные решетки пластин. Обычные автомобильные аккумуляторы не предназначены для многократного глубокого цикла и используют более тонкие пластины с большей площадью поверхности для достижения высокой допустимой нагрузки по току.

Автомобильные батареи обычно выходят из строя после 30-150 глубоких циклов при глубоком цикле, в то время как они могут длиться тысячи циклов при нормальном запуске (2-5% разряда).

Если аккумуляторы, предназначенные для глубокого цикла, используются в автомобилях, их размер должен быть увеличен примерно на 20%, чтобы компенсировать их более низкую допустимую нагрузку по току.

Свинцово-кислотные батареи улучшенного качества

Углеродистое легирование электродов увеличивает срок службы и эффективность свинцово-кислотных аккумуляторов за счет резкого снижения накопления отложений сульфата свинца, которые ранее препятствовали их образованию. спектакль.

Ультра аккумулятор — иногда его называют Супер аккумулятор

Установка суперконденсатора в батарею действует как «буфер», улучшая ее быстродействующие характеристики заряда / разряда, так что устройство может успешно работать в пределах окна состояния заряда ниже 70 процентов. Прикрепив отдельный карбон электрод к отрицательной свинцовой пластине, батарея приобретает некоторые характеристики суперконденсатора.Этот дополнительный электрод выдерживает очень высокие скорости заряда / разряда, таким образом освобождая исходный электрод со свинцовой пластиной от этой нагрузки и, таким образом, избегая выпадения свинца, который мешал свинцово-кислотным аккумуляторам и ограничивал их использование. Таким образом, сверхбатарея может обеспечить гораздо более длительный срок службы, который более чем в 10 раз превышает срок службы батареи AGM.

DoITPoMS — Батарейки библиотеки TLP

Свинцово-кислотный аккумулятор — самый используемый аккумулятор в мире.Наиболее распространенным является аккумулятор SLI, используемый в автомобилях для двигателя S , тартинга автомобиля L и зажигания двигателя I , однако он имеет много других применений (например, устройства связи, системы аварийного освещения и электроинструменты). к его дешевизне и хорошей производительности.

Впервые он был разработан в 1860 году Раймоном Гастоном Планте. Полоски свинцовой фольги с грубой тканью между ними скатывались по спирали и погружались в 10% раствор серной кислоты.Ячейка была усовершенствована путем первоначального покрытия свинца оксидами, а затем путем формирования пластин из оксида свинца путем нанесения оксидной пасты на сетки. Электроды также были заменены на трубчатые.

Краткие характеристики (для SLI аккумулятора)

Напряжение: 2 В

Характеристики разряда: Обычно довольно изогнутый, особенно при более высокой скорости разряда. Лучшая производительность при прерывистой разрядке.

Срок службы: несколько лет

Химия

Свинцово-кислотная батарея использует свинец в качестве анода и диоксид свинца в качестве катода с кислотным электролитом.

Во время разряда внутри элемента происходят следующие реакции полуэлемента:

На аноде: Pb + HSO ₄ ^— → PbSO ₄ + H ⁺ + 2e ^—

На катоде: PbO ₂ + 3H ⁺ + HSO ₄ ^— + 2e ^— → PbSO ₄ + 2H ₂ O

Всего: Pb + PbO ₂ + 2H ₂ SO ₄ → 2PbSO ₄ + 2H ₂ O

В процессе зарядки реакции на каждом электроде меняются местами; анод становится катодом, а катод становится анодом.

Газообразование

Во время зарядки, учитывая высокое напряжение, вода диссоциирует на двух электродах, и легко образуются газообразные продукты водорода и кислорода, что приводит к потере электролита и потенциально взрывоопасной ситуации. Герметичные батареи становятся более безопасными, позволяя газам рекомбинировать внутри элемента.

Сульфатирование

При определенных обстоятельствах продукты сульфата свинца на обоих электродах переходят в необратимое состояние, что очень затрудняет процесс перезарядки.

Строительство

Свинец

Чистый свинец слишком мягкий для использования в качестве материала сетки, поэтому обычно свинец упрочняется добавлением 4-6% сурьмы. Однако во время работы батареи антиномия растворяется и мигрирует к аноду, где изменяет напряжение элемента. Это означает, что потребление воды в ячейке увеличивается, и необходимо частое обслуживание. Есть два возможных решения этой проблемы:

(1) При использовании менее 4% потребление воды аккумулятором снижается, однако в этом случае необходимо добавить небольшие количества других элементов, таких как сера, медь, мышьяк и селен.Они действуют как измельчители зерна, уменьшая размер зерна свинца и тем самым увеличивая его твердость и прочность.

(2) Щелочноземельные металлы, такие как кальций, могут использоваться для повышения жесткости свинца. Это часто используется в телефонных приложениях и не требует обслуживания автомобильных аккумуляторов, поскольку требуется более стабильный аккумулятор. Типичный сплав содержит 0,03–0,10% кальция и 0,5–1,0% олова (для улучшения механических и коррозионных свойств).

Функция сети — удерживать активный материал и проводить электричество между активным материалом и клеммами батареи.Конструкция представляет собой простую сетку с «выступом» или «проушиной» для подключения к клеммной колодке.

Литье в «книжную форму» — наиболее распространенный метод изготовления сетки. Постоянные стальные формы изготавливаются из блоков путем механической обработки. Формы закрывают и заполняют расплавленным свинцом, достаточным для заполнения формы, оставляя некоторый излишек для образования литника, который затем удаляется путем резки или штамповки. Сетки также могут быть сформированы механической обработкой, вырезав глубокие канавки в листе стали или свернув гофрированные полосы и вставив их в отверстия в литой пластине, см. TLP для обработки металлов давлением.

Оксид свинца

Свинец можно окислить двумя способами: в котле Бартона и в шаровой мельнице.

• Котел Бартона: Тонкая струя расплавленного свинца помещается в нагретый сосуд. Каждая капля реагирует с воздухом, образуя оксидный слой, в результате чего получается 70-85% оксида свинца.
• Шаровая мельница: Кусочки свинца помещаются во вращающуюся механическую мельницу, в результате чего образуются тонкие хлопья свинца, которые затем окисляются на воздухе и удаляются. Это также дает 75-80% оксида свинца.

Красный свинец (Pb ₃ O ₄ ) также может быть добавлен к PbO, полученному этими методами, поскольку он более проводящий. Его получают из PbO путем обжига в потоке воздуха. Этот процесс также увеличит процентное содержание оксида свинца в материале.

Оксид смешивают с водой, серной кислотой и миксером, а затем перемешивают до образования пасты. Затем он объединяется с сеткой путем экструзии с образованием пластины. Паста вдавливается машиной в промежутки сетки.Их частично сушат, затем складывают для отверждения. В процессе отверждения паста превращается в связное пористое твердое вещество. Наиболее типичной формой отверждения является «гидросистема»: сетку оставляют при низкой температуре и влажности (25–40 ° C и 8–20% H ₂ O) на период от 24 до 72 часов.

Сборка

Простейшая ячейка будет состоять из одной катодной пластины, одной анодной пластины и разделителя между ними. На практике в большинстве ячеек содержится до 30 пластин с разделителями между ними.Сепараторы обычно представляют собой целлюлозу, ПВХ, резину, микропористый полиэтилен или нетканый полипропилен. Пластины складываются и свариваются. Выступы, которые прикреплены к пластинам, отливаются, затем пробиваются между слоями и свариваются. Пластины подвешены внутри корпуса, который заполнен электролитом для его активации.

предыдущая | следующий

Аккумулятор из расплавленных металлов | MIT News

Новая аккумуляторная батарея, разработанная в Массачусетском технологическом институте, однажды сможет сыграть решающую роль в массовом расширении солнечной генерации, необходимой для смягчения последствий изменения климата к середине века. Аккумулятор большой емкости, предназначенный для хранения энергии в электрической сети, состоит из расплавленных металлов, которые естественным образом разделяются, образуя два электрода слоями по обе стороны от расплавленного солевого электролита между ними. Испытания с элементами, изготовленными из недорогих материалов с большим содержанием земли, подтверждают, что жидкие батареи работают эффективно без значительной потери емкости или механического разрушения — обычных проблем в современных батареях с твердыми электродами. Исследователи из Массачусетского технологического института уже продемонстрировали простой и недорогой процесс изготовления прототипов своих аккумуляторов, и в планах на будущее предусматриваются полевые испытания малых энергосетей, которые включают в себя источники прерывистой генерации, такие как солнце и ветер.

Возможность хранить большие объемы электроэнергии и доставлять ее позже, когда это необходимо, будет иметь решающее значение, если прерывистые возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, будут использоваться в масштабах, которые помогут ограничить изменение климата в ближайшие десятилетия. Такое крупномасштабное хранилище также сделало бы сегодняшнюю энергосистему более устойчивой и эффективной, позволяя операторам быстро доставлять поставки во время отключений и удовлетворять временные пики спроса без поддержания дополнительных генерирующих мощностей, которые дороги и редко используются.

Десять лет назад комитет, планирующий новую энергетическую инициативу Массачусетского технологического института, обратился к Дональду Садоуею, профессору химии материалов Джона Ф. Эллиотта из Массачусетского технологического института, с предложением заняться хранением энергии в масштабе энергосистемы. В то время исследования Массачусетского технологического института были сосредоточены на литий-ионных батареях — тогда это была относительно новая технология. Разрабатываемые литий-ионные батареи были небольшими, легкими и недолговечными — это не проблема для мобильных устройств, которые обычно обновляются каждые несколько лет, а проблема для использования в сети.

Аккумулятор для электросети должен был надежно работать в течение многих лет. Он мог быть большим и стационарным, но — главное — недорогим. «Классический академический подход изобретать самый крутой химический продукт, а затем пытаться снизить затраты на стадии производства не сработает, — говорит Садоуи. «В энергетическом секторе вы конкурируете с углеводородами, а они глубоко укоренились, сильно субсидируются и устойчивы». Резкий сдвиг в производстве энергии потребует другого подхода к хранению.

Садовей поэтому обратился к хорошо знакомому процессу: плавке алюминия. Плавка алюминия — это крупномасштабный недорогой процесс, проводимый внутри электрохимических ячеек, которые надежно работают в течение длительных периодов времени и производят металл с очень низкими затратами, потребляя при этом большое количество электроэнергии. Садовей подумал: «А можно ли запустить плавильный завод в обратном направлении, чтобы он возвращал свою электроэнергию?»

Последующее расследование привело к обнаружению жидкометаллической батареи. Как и в обычной батарее, у этого есть верхний и нижний электроды с электролитом между ними (см. Рисунок 1 в слайд-шоу выше).Во время разряда и перезарядки положительно заряженные ионы металлов перемещаются от одного электрода к другому через электролит, а электроны совершают то же путешествие по внешней цепи. В большинстве батарей электроды — а иногда и электролит — твердые. Но в батарее Садоуея все три жидкие. Отрицательный электрод — верхний слой батареи — представляет собой жидкий металл с низкой плотностью, который легко отдает электроны. Положительный электрод — нижний слой — представляет собой жидкий металл с высокой плотностью, который с радостью принимает эти электроны.А электролит — средний слой — представляет собой расплавленную соль, которая переносит заряженные частицы, но не смешивается с материалами сверху или снизу. Из-за различий в плотности и несмешиваемости трех материалов они естественным образом разделяются на три отдельных слоя и остаются отдельными во время работы батареи.

Преимущества перехода на ликвидность

Этот новый подход дает ряд преимуществ. Поскольку компоненты являются жидкими, передача электрических зарядов и химических компонентов внутри каждого компонента и от одного к другому происходит сверхбыстро, что обеспечивает быстрое прохождение больших токов в батарею и из нее.Когда аккумулятор разряжается, верхний слой расплавленного металла становится тоньше, а нижний — толще. Когда он заряжается, толщина меняется на противоположную. «Здесь нет никаких стрессов», — отмечает Садоуей. «Вся система очень гибкая и принимает форму контейнера». В то время как твердые электроды со временем склонны к растрескиванию и другим формам механических повреждений, жидкие электроды не разрушаются в процессе эксплуатации.

Действительно, каждый раз, когда аккумулятор заряжается, ионы из верхнего металла, осажденные в нижнем слое, возвращаются в верхний слой, очищая электролит в процессе.Восстановлены все три компонента. Кроме того, поскольку компоненты естественным образом разделяются, нет необходимости в мембранах или разделителях, которые подвержены износу. Жидкостная батарея должна выполнять много зарядов и разрядов без потери емкости и без необходимости обслуживания или ремонта. А саморазлагающийся характер жидких компонентов может облегчить более простое и менее дорогое производство по сравнению с обычными батареями.

Выбор материалов

Перед Садоуэем и тогдашним аспирантом Дэвидом Брэдвеллом Мэн ’06, доктором философии ’11 стояла задача выбрать лучшие материалы для новой батареи, особенно для ее электродов.Существуют методы прогнозирования поведения твердых металлов в определенных условиях. Но эти методы «не представляли для нас никакой ценности, потому что мы хотели моделировать жидкое состояние», — говорит Садовей, — и никто другой не работал в этой области. Поэтому ему пришлось использовать то, что он называет «информированной интуицией», основанной на его опыте работы в области электрометаллургии и преподавания большого класса химии для первокурсников.

Чтобы снизить затраты, Садовей и Брэдвеллу потребовалось использовать электродные материалы, которые были недороги и долговечны, а также были доступны на земле. Чтобы получить высокое напряжение, им пришлось соединить сильный донор электронов с сильным акцептором электронов. Верхний электрод (донор электронов) должен быть низкой плотности, а нижний электрод (акцептор электронов) — высокой. «К счастью, — говорит Садовей, — из-за того, как устроена таблица Менделеева, сильные электроположительные [донорные] металлы имеют низкую плотность, а сильные электроотрицательные [акцепторные] металлы имеют высокую плотность» (см. Рис. 2 в слайд-шоу выше). И наконец, все материалы должны были быть жидкими при практических температурах.

В качестве первой комбинации Садовей и Брэдуэлл выбрали магний для верхнего электрода, сурьму для нижнего электрода и смесь солей, содержащую хлорид магния, в качестве электролита. Затем они построили прототипы своей клетки — и они работали. Три жидких компонента самосегрегировались, и батарея работала так, как они и предполагали. Вдохновленные своим успехом, в 2010 году они вместе с Луисом Ортисом SB ’96, доктором философии ’00, также бывшим членом исследовательской группы Садоуея, основали компанию, первоначально названную Liquid Metal Battery Corporation, а затем Ambri, для продолжения развития и масштабирования. вверх по новой технологии.

Еще нет

Но возникла проблема. Чтобы компоненты не расплавились, батарея должна была работать при 700 градусах Цельсия (1292 градуса Фаренгейта). Работа в таком горячем состоянии потребляла часть электрической выходной мощности батареи и увеличивала скорость, с которой вторичные компоненты, такие как стенка ячейки, корродировали и разрушались. Поэтому Садоуэй, Брэдуэлл и их коллеги из Массачусетского технологического института продолжили поиск активных материалов.

Первые результаты химии элементов из магния и сурьмы ясно продемонстрировали жизнеспособность концепции жидкометаллических батарей; в результате исследования на территории кампуса получили более 11 миллионов долларов от спонсоров, включая Total и U.S. Программа ARPA – E Министерства энергетики. Приток долларов на исследования позволил Садоуэю расширить исследовательскую группу в Массачусетском технологическом институте почти до 20 студентов и аспирантов, а также докторов наук, готовых принять вызов.

Через несколько месяцев команда начала выпускать новые варианты химии на основе различных материалов с более низкими температурами плавления. Например, вместо сурьмы они использовали свинец, олово, висмут и сплавы подобных металлов; а вместо магния они использовали натрий, литий и сплавы магния с такими металлами, как кальций.Вскоре исследователи поняли, что они не просто искали новый химический состав батарей. Вместо этого они открыли новую аккумуляторную «платформу», на основе которой могло появиться множество потенциально коммерчески жизнеспособных сотовых технологий с рядом атрибутов.

Новый химический состав элементов начал демонстрировать значительное снижение рабочей температуры. Ячейки из натрия и висмута работали при 560 градусах Цельсия. Литиевые и висмутовые элементы работали при 550 C. А батарея с отрицательным электродом из лития и положительным электродом из сплава сурьма-свинец работала при 450 C.

Работая с последней комбинацией, исследователи наткнулись на неожиданное электрохимическое явление: они обнаружили, что они могут поддерживать высокое напряжение на ячейке своего первоначального электрода из чистой сурьмы с новой версией сурьмяно-свинцового электрода — даже когда они составили такой состав, как 80 процентов свинца, чтобы снизить температуру плавления на сотни градусов.

«К нашему приятному удивлению, добавление свинца в сурьму не привело к снижению напряжения, и теперь мы понимаем почему», — говорит Садовей.«Когда литий входит в состав сплава сурьмы и свинца, литий предпочтительно вступает в реакцию с сурьмой, потому что это более плотная связь. Поэтому, когда литий [из верхнего электрода] попадает в нижний электрод, он игнорирует свинец и связывается с сурьмой ».

Это неожиданное открытие напомнило им, как мало известно в этой новой области исследований, а также предложило исследовать новые химические процессы клеток. Например, они недавно собрали экспериментальную ячейку с использованием положительного электрода из сплава свинца и висмута, отрицательного электрода из металлического натрия и нового электролита из смеси гидроксид-галогенид.Ячейка работала при температуре всего 270 ° C — более чем на 400 ° C ниже, чем у исходной магниево-сурьмяной батареи, сохраняя при этом ту же новую конструкцию ячейки с тремя естественными разделенными слоями жидкости.

Роль новой технологии

Платформа жидкометаллических батарей предлагает необычное сочетание функций. В общем, батареи характеризуются тем, сколько энергии и сколько мощности они могут обеспечить. (Энергия — это общий объем работы, которую можно выполнить; мощность — это скорость выполнения работы.В общем, по одному показателю технологии работают лучше, чем по другому. Например, в случае конденсаторов быстрая доставка обходится дешево, а обильное хранение — дорого. С гидроэнергетикой все наоборот.

Но для хранения в масштабе энергосистемы важны обе возможности — и жидкометаллическая батарея потенциально может делать и то, и другое. Он может накапливать много энергии (скажем, достаточно, чтобы выдержать отключение электроэнергии) и быстро доставлять эту энергию (например, для мгновенного удовлетворения спроса, когда облако проходит перед солнцем).В отличие от литий-ионного аккумулятора, он должен иметь долгий срок службы; и, в отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, при полном разряде они не разрушаются. И хотя сейчас он кажется более дорогим, чем гидроэлектростанция, аккумулятор не имеет ограничений в отношении того, где его можно использовать. При использовании гидроаккумулятора вода закачивается вверх в резервуар, а затем выпускается через турбину для выработки электроэнергии, когда это необходимо. Поэтому для установок требуется как склон холма, так и источник воды. Жидкометаллический аккумулятор можно установить практически где угодно.Нет необходимости в холме или воде.

Вывод на рынок

Амбри спроектировал и построил завод по производству жидкометаллических батарей в Мальборо, Массачусетс. Как и ожидалось, производство простое: просто добавьте электродные металлы и соль электролита в стальной контейнер и нагрейте банку до указанной рабочей температуры. Материалы плавятся, образуя аккуратные жидкие слои, образуя электроды и электролит. Процесс производства ячеек был разработан и внедрен и будет постоянно совершенствоваться.Следующим шагом будет автоматизация процессов объединения множества ячеек в крупноформатную батарею, включая силовую электронику.

Ambri не разглашает, какой химический состав жидкометаллических батарей он коммерциализирует, но в нем говорится, что он работает над тем же химическим составом в течение последних четырех лет. По словам Брэдвелла, ученые и инженеры Ambri построили более 2500 жидкометаллических аккумуляторных элементов и выполнили тысячи циклов заряда-разряда с незначительным сокращением количества хранимой энергии.Эти демонстрации подтверждают первоначальный тезис Садоуэя и Брэдвелла о том, что полностью жидкостная батарея будет иметь более высокую производительность, чем твердотельные альтернативы, и сможет работать в течение десятилетий.

Исследователи

Ambri сейчас решают одну последнюю инженерную задачу: разработать недорогое и практичное уплотнение, которое предотвратит попадание воздуха в каждую отдельную ячейку, что обеспечит годы эксплуатации при высоких температурах. Как только необходимые уплотнения будут разработаны и протестированы, начнется производство аккумуляторов.Исследователи планируют доставить прототипы для полевых испытаний в нескольких местах, включая Гавайи, где много солнечного света, но выработка электроэнергии по-прежнему зависит от сжигания дорогостоящего дизельного топлива. Одно из мест — военно-морская база Перл-Харбор на острове Оаху. «Вызывает беспокойство то, что наши военные базы полагаются на гражданскую энергосистему, — говорит Садоуей. «Если эта сеть выйдет из строя, база должна включить дизель-генераторы, чтобы заполнить пробел. Таким образом, база может находиться без электричества около 15 минут, что, вероятно, достаточно для того, чтобы нанести серьезный ущерб.«Новая батарея может сыграть ключевую роль в предотвращении такого исхода.

Тем временем, вернувшись в лабораторию, исследователи Массачусетского технологического института продолжают изучать другие химические составы ядра жидкой батареи. На самом деле, Садовей говорит, что его команда уже разработала альтернативную конструкцию, которая предлагает еще более низкие рабочие температуры, больше накопленной энергии, более низкую стоимость и более длительный срок службы. Учитывая общее отсутствие знаний о свойствах и потенциальном использовании жидких металлов, Садовей считает, что в этой области все еще могут быть крупные открытия. Результаты их экспериментов «открыли двери для целого ряда других решений, которые мы сделали», — говорит Садоуей. «Это было действительно круто».

Это исследование было поддержано Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США — Энергетика (ARPA – E) и французской энергетической компанией Total, постоянным членом MIT Energy Initiative. Первыми его сторонниками были Центр Дешпанде, Фонд семьи Чесонис, Тоталь и ARPA-E.

Эта статья опубликована в осеннем выпуске журнала « Energy Futures », выпущенного MIT Energy Initiative, за 2015 год.

ОТДЕЛЕНИЕ СВИНЦОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ 111

С введением батарей VRLA объем электролита в батарее был уменьшен. Для компенсации пониженного количества H ₂ SO ₄ в клетках его концентрация была увеличена с 1,28 до 1,31–1,34 относительной плотности. Это технологическое изменение было сделано без учета влияния концентрации кислоты на электрохимическую активность PAM, которая может быть причиной резкого сокращения срока службы VRLAB. В LABD были проведены исследования влияния концентрации кислоты на характеристики батареи.

Области концентрации кислоты. Было исследовано шесть концентраций H ₂ SO ₄ — 1,15, 1,18, 1,21, 1,24, 1,27, 1,33 относительная плотность. Исследованный диапазон концентраций H ₂ SO ₄ может быть разделен на две области в отношении использования H ₂ SO ₄ .

• C _h3SO4 <1.24 г.см ^-3 . В этом районе концентрации коэффициент использования H ₂ SO ₄ является самым высоким (52% — 87%). Следовательно, H ₂ SO ₄ ограничивает емкость элемента и, следовательно, срок службы батареи. Эта область концентрации H ₂ SO ₄ называется H-областью, а батареи с концентрацией электролита в этой области называются батареями H-типа.

• C _h3SO4 > 1,24 г. см ^-3 . В этом регионе использование PAM является самым высоким. Структура PAM и фазовый состав ограничивают срок службы батареи. Эта область называется P-областью, а батареи с концентрацией электролита в этой области называются батареями P-типа. Влияние pH на структуру, фазовый состав и электрохимическую активность ПАМ обсуждается в другом разделе.

Характеристики аккумулятора. Для исследования влияния H ₂ SO ₄ на емкость аккумулятора и продолжительность цикла шесть типов залитых аккумуляторов 12 В / 32 Ач были изготовлены и испытаны в нашем отделе.Наблюдаемые экспериментальные данные можно резюмировать следующим образом:

• H-батареи . Они имеют длительный срок службы, но их мощность ниже номинальной. Кроме того, с увеличением скорости разряда увеличивается срок службы цикла. Батареи H-типа работают в области концентрации повышенной растворимости PbSO ₄ , и, следовательно, их эффективность заряда повышается. Они подходят для приложений с зарядным напряжением ниже 14 В.
• P-батареи .Эти батареи имеют короткий срок службы (менее 100 циклов), но их емкость высока (выше номинального значения). В этой области концентрации кислоты положительные пластины подвергаются быстрой пассивации, что приводит к преждевременному окончанию срока службы батареи.

Список литературы

1. Д. Павлов, В. Найденов, С. Руевский. Влияние концентрации H ₂ SO ₄ на свинцово-кислотные характеристики. Аккумуляторы типа H и P, J. Power Sources, 161 (2006) 658

Ключевые слова: уменьшенное количество H ₂ SO ₄ в VRLAB, концентрация кислоты, коэффициент использования H ₂ SO ₄ в LAB, H-область H ₂ SO ₄ концентраций , H-батареи, P-область H ₂ SO ₄ концентраций, P-батареи

.

No related posts.